CacheVerwendung

CacheVerwendung bezeichnet die Nutzung von Cache-Speicher, um den Datenzugriff zu beschleunigen, indem häufig benötigte Informationen vorübergehend gespeichert werden. Caches arbeiten hierarchisch und setzen teurere Speicherschichten durch schnelleren Zwischenspeicher außer Kraft. Typische Cacheformen sind CPU-Caches (L1/L2/L3, Instruction/Data), Web-Caches (Browser-, Proxy- und CDN-Caches) sowie Anwendungs- und Dateisystem- bzw. Datenbank-Caches.

Das Grundprinzip beruht auf Lokalisität: temporale Lokalisität (wiederholter Zugriff auf kürzlich genutzte Daten) und räumliche Lokalisität (Zugriffe auf benachbarte Daten). Ein Zugriff kann zu einem Treffer oder Fehlschlag führen. Caches müssen Daten konsistent halten, was durch Invalidation oder Ablaufzeiten (TTL) erfolgt. In Mehrkern- oder Mehrprozessorsystemen ist Cache-Kohärenz ein zentrales Thema.

Strategien und Politiken umfassen Replacement-Politiken wie LRU, LFU oder FIFO, die bestimmen, welcher Eintrag entfernt wird. Schreibstrategien reichen von Write-through über Write-back bis Write-around. Pre-fetching versucht, zukünftige Zugriffe vorauszuahnen und Daten vorab zu laden.

Architekturen und Muster schließen ein Cache-aside (Anwendung verwaltet Cache separat), Read-through/Write-through (Cache fungiert als integrierter Zwischenspeicher) und Memoization (Funktionsresultate werden wiederverwendet).

Vorteile sind geringere Latenz, entlastete primäre Speicherquellen und bessere Skalierbarkeit. Nachteile umfassen potenzielle Dateninkonsistenz, erhöhte Komplexität, Overhead und das Risiko von Cache-Thrashing.

Best Practices umfassen sinnvolle TTL- und Cache-Control-Regeln, ETag-Validierung, robuste Invalidation, Schutz sensibler Daten im Cache sowie Monitoring von Hit- und Miss-Raten.